Nghiên cứu sàng lọc các hợp chất có hoạt tính ức chế protein không cấu trúc 4B của virus dengue týp 2 bằng phương pháp in silico

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 22 * Số 1 * 2018

Nghiên cứu Y học

NGHIÊN CỨU SÀNG LỌC CÁC HỢP CHẤT CÓ HOẠT TÍNH
ỨC CHẾ PROTEIN KHÔNG CẤU TRÚC 4B
CỦA VIRUS DENGUE TÝP 2 BẰNG PHƢƠNG PHÁP IN SILICO
Trần Huỳnh Ý Nhi*, Trần Quế Hương**, Đỗ Minh Nguyệt***, Nguyễn Thị Thu Hà*, Thái Khắc Minh*

TÓM TẮT
Mở đầu: Virus Dengue lây truyền qua muỗi có thể gây nên những triệu chứng từ nhẹ như bệnh sốt Dengue
đến đe doa mạng sống, sốt xuất huyết Dengue hoặc hội chứng sốc Dengue. Hiện nay vẫn chưa có thuốc điều trị
đặc hiệu cho virus Dengue nói chung và virus Dengue týp 2 nói riêng. NS4B, protein không cấu trúc 4B, gần đ}y
là một mục tiêu t{c động thú vị. Protein này gồm 248 acid amin và là protein màng có tính kỵ nước cao. Vai trò
của NS4B quan trọng trong giai đoạn sao chép của virus v| cơ chế sinh bệnh.
Mục tiêu: Mục tiêu của nghiên cứu này là xây dựng các mô hình sàng lọc ảo của các hợp chất có hoạt tính
ức chế NS4B của virus dengue týp 2.
Đối tượng - Phương pháp nghiên cứu: Mô hình tương đồng của NS4B được xây dựng nhờ chương trình
trực tuyến I-TASSER. Phối tử được chuẩn bị bằng phần mềm MOE 2008.10 và tối thiểu hóa năng lượng nhờ
phần mềm Sybyl-X 1.1. Quá trình docking thực hiện bởi công cụ FlexX tích hợp trong phần mềm LeadIT 2.1.8.
Đ{nh gi{ mô hình docking dựa v|o điểm số docking v| tương t{c phối tử thể hiện trong phần mềm MOE
2008.10. Mô hình 3D-pharmacophore xây dựng từ 6 hợp chất có hoạt tính tốt nhất. Tập đ{nh gi{ dựa trên 122
chất thu thập được để đ{nh gi{ khả năng dự đo{n của mô hình xây dựng được. Sau đó, c{c mô hình được áp dụng
để sàng lọc các hợp chất có hoạt tính ức chế NS4B trong dữ liệu Ngân hàng thuốc.
Kết quả: Phối tử dock vào khoang gắn kết đề xuất bởi MOE 2008.10 cho kết quả Gly16, His17, Thr39
trong xoắn α2 và Asn70, Thr73 trong xoắn α3 quan trong để tạo liên kết hydro. Bên cạnh đó, tương t{c
Van der Waals và giá trị logP từ 0-3,5 giúp hợp chất tiếp cận và ổn định trong NS4B. Mô hình 3Dpharmacophore xây dựng từ 6 hợp chất gồm 4 điểm, l| điểm liên kết cho hydro, liên kết nhận hydro, vùng
nh}n thơm v| vùng kỵ nước, trong đó, vùng liên kết cho hydro và vùng kỵ nước quan trọng hơn cả. Mô
hình 3D-pharmacophore có khả năng dự đo{n tốt 75%, độ nhạy 72% v| độ đặc hiệu 76%. Kết quả cho thấy
hai mô hình docking và 3D-pharmacophore phù hợp với tính chất kỵ nước của NS4B DENV-2. Áp dụng
những mô hình n|y để sàng tập dữ liệu Ngân hàng thuốc thu được 5 chất có khả năng ức chế NS4B

DENV-2, hiện nay các chất n|y được sử dụng trong điều trị ung thư.
Kết luận: Nghiên cứu đã x}y dựng được hai mô hình docking và 3D-pharmacophore bằng phương ph{p in
silico v| s|ng được 5 chất có hoạt tính ức chế NS4B của DENV-2. Nghiên cứu đề nghị thực hiện những nghiên
cứu in vitro v| in vivo để x{c định hoạt tính sinh học thực sự của chúng trên mục tiêu t{c động này và khám phá
thêm những hợp chất khác có hoạt tính ức chế NS4B DENV-2.
Từ khóa: NS4B, virus Dengue, mô hình tương đồng, mô hình 3D-pharmacophore.

*Khoa Dƣợc, Đại học Y Dƣợc Thành phố Hồ Chí Minh
**Đại học Kỹ Thuật Y Dƣợc Đà Nẵng
***Trƣờng Đại học Bách Khoa TPHCM
Tác giả liên lạc: PGS. TS. Thái Khắc Minh ĐT: 0909680385
Email:

Chuyên Đề Dƣợc

389


Nghiên cứu Y học

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 22 * Số 1 * 20alin 63 là acid amin quan
trọng trong việc gắn kết với chất ức chế nhóm
Spiropyrazolopyridon. Prolin 104, khi bị đột biến
sẽ l|m thay đổi chức năng của protein do cắt đứt
liên kết với protein NS3, đồng thời ảnh hƣởng
đến khả năng sao chép của DENV-2(5). Với
những lý do này, khoang gắn kết số 2 đƣợc chọn
là mục tiêu t{c động cho nghiên cứu này.

Hình 3: A - Cấu trúc protein NS4B(6) và B - Khoang gắn kết trên NS4B của DENV-2

yếu với Asn70, Thr73; dẫn xuất pyrazin với

Đánh giá kết quả mô hình docking
Tất cả 122 chất thu thập từ c{c b|i b{o đều

Gly16, His17 và Thr39, khung 2-oxopiperazin

gắn đƣợc v|o mô hình tƣơng đồng protein

với Thr39 và Asn70. Liên kết Van der Waals tạo

NS4B. Giá trị điểm số docking trong khoảng -

với các acid amin không phân cực nhƣ Pro23,

33,42 đến -11,13 kJ/mol (Phụ lục 3). Với liên kết

Pro34, Ala35, Trp38, Ala42, Val43, Phe47.

hydro, Glycin (Gly) 16, Histidine (His) 17,

Tổng qu{t, điểm số docking tốt nhất thuộc về

Threonin (Thr) 39, Asparagin (Asn) 70 là 4

dẫn xuất Pyrazin đến khung 2-oxopiperazin và

acid amin tạo liên kết hydro thƣờng xuyên

khung Spiropyrazolopyridon, cuối cùng là các

nhất

khung

chất còn lại. Đ{nh gi{ liên kết trong từng khung

Spiropyrazolopyridon tạo liên kết hydro chủ

cấu trúc, có thể kết luận phân tử muốn gắn đƣợc

với

các

chất;

Chuyên Đề Dƣợc

trong

đó

393


Nghiên cứu Y học

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 22 * Số 1 * 2018

vào khoang gắn kết của protein NS4B virus
Dengue cần có c{c đặc điểm:
LogP trong khoảng 0-3,5 để đảm bảo tính
thân dầu v| th}n nƣớc phù hợp với tính kỵ nƣớc
của khoang gắn kết.

Chứa nhóm cấu trúc có thể tạo liên kết hydro
cho/ nhận và liên kết Van der Waals nhƣ nhóm
nh}n thơm, hydrocacbon...
Gly16, His17, Thr39 vùng α2 v| Asn70,
Thr73 vùng α3 l| acid amin quan trọng cho liên
kết hydro của phân tử và protein NS4B.
Những nhận xét này thể hiện tƣợng trƣng
trong Hình 4 và Hình 5.

Hình 4: Cấu trúc v| t{c động của nhóm Spiropyrazolopyridon.

Hình 5: Liên kết v| định hướng của AMCL-2015-6-3-344-14a trong khoang gắn kết. AMCL-2015-6-3-34414a, EC50=0,23 μM, điểm số docking -22,53 kJ/mol.
Mô hình 3D-pharmacophore
Trong các mô hình thu nhận đƣợc, mô hình
cho kết quả cao v| c}n đối giữa các thông số
nhất, với độ nhạy 0,72, độ đăc hiệu 0,76 và khả
năng dự đo{n 0,75 đƣợc chọn làm kết quả của
quá trình xây dựng mô hình 3D-pharmacophore.
Mô hình có cấu trúc:

394

4 điểm: 1 vùng ứng với liên kết cho hydro
(Don, tâm của vùng nằm trong hình cầu có bán

kính 0,72 Å), liên kết nhận hydro (Acc, 1,38 Å), 1
vùng kị nƣớc (Hyd, 1,51 Å), 1 vùng ứng với
nh}n thơm (Aro, 0,85 Å). Kết quả này phù hợp
với nhận xét từ mô hình docking.

Chuyên Đề Dƣợc


Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 22 * Số 1 * 2018
6 khoảng cách giữa các khối cầu: Acc-Hyd
4,11 Å, Acc-Aro 4,83 Å, Acc-Don 4,78 Å, AroDon 2,73 Å, Hyd-Don 2,27 Å, Aro-Hyd 4,39 Å.
Khoảng c{ch đều lớn hơn tổng của 2 bán kính
bất kỳ nên 4 vùng này riêng lẻ, không bị chồng
chéo nhau.

Nghiên cứu Y học

Acc – liên kết nhận hydro, Aro – nh}n thơm, Hyd
– vùng kỵ nước.
12 góc đo đƣợc: Hyd-Acc-Aro 58,1o, HydAcc-Don 28,3o, Aro-Acc-Don 33o, Hyd-Don-Aro
122,5o, Hyd-Don-Acc 59,3o, Aro-Don-Acc 74,5o,
Hyd-Aro-Acc 52,8o, Hyd-Aro-Don 25,9o, AccAro-Don 72,5o, Acc-Hyd-Don 92,4o, Acc-HydAro 69,1o, Don-Hyd-Aro 31,7o. Tâm của 4 vùng
không nằm trên cùng mặt phẳng (Hình 6).

BÀN LUẬN

Hình 6: Mô hình 3D-pharmacophore và gióng
hàng với tập xây dựng. Don – liên kết cho hydro,

DB01177 – Idarubicin

Kết quả sàng tập DrugBank theo mô hình
docking và mô hình 3D-pharmacophore đã x}y
dựng thu đƣợc 5 chất đang lƣu h|nh trên thị
trƣờng,
nintedanib
(DB09079),
lapatinib
(DB01259), mitoxantron (DB01204), idarubicin
(DB01177), epirubicin (DB00445) liệt kê trong
Hình 7. Vậy có thể sử dụng 5 chất này làm
khung cơ bản tiến hành thực nghiệm thử hoạt
tính ức chế NS4B của DENV-2 tìm ra chất mới.

DB00445 – Epirubicin

DB09079 – Nintedanib

DB01204 – Mitoxantron

DB01259 – Lapatinib

Hình 7: Các chất s|ng được trong tập chất Drugbank

KẾT LUẬN
Nghiên cứu sàng lọc các hợp chất có hoạt
tính ức chế protein không cấu trúc 4B của virus
Dengue týp 2 bằng phƣơng ph{p in silico đã x}y
dựng đƣợc các mô hình với khả năng s|ng lọc
đƣợc các hợp chất có hoạt tính ức chế NS4B của

DENV-2. Mô hình docking 122 chất chứng tỏ các
chất có hoạt tính ức chế NS4B của DENV-2 phải
có đặc điểm: Chứa nhóm cấu trúc tạo đƣợc liên

Chuyên Đề Dƣợc

kết hydro và liên kết Van der Waals, tỷ lệ thân
dầu v| nƣớc phải cân bằng ứng với giá trị logP
trong khoảng 0-3,5 và các acid amin Gly16,
His17, Thr39 vùng α2 v| Asn70, Thr73 vùng α3
là vị trí gắn kết chính của phân tử. Mô hình 3Dpharmacophore 4 điểm xây dựng từ 6 chất có
hoạt tính tốt nhất v| đặc trƣng nhất từ các khung
cấu trúc khác nhau, gồm 4 vùng cấu trúc: vùng
tạo liên kết cho, nhận hydro, vùng nh}n thơm v|
vùng kỵ nƣớc. Với những mô hình xây dựng

395


Nghiên cứu Y học

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ Bản Tập 22 * Số 1 * 2018

đƣợc, nghiên cứu tiến hành sàng lọc tập dữ liệu
các thuốc đang lƣu h|nh trên thị trƣờng
DrugBank gồm 1925 chất, kết quả thu đƣợc 5
chất thỏa các mô hình xây dựng đƣợc, là
Nintedanib (DB09079), Lapatinib (DB01259),
Mitoxantron (DB01204), Idarubicin (DB01177) và
Epirubicin (DB00445). Nghiên cứu đề nghị tiến

hành thực nhiệm các hợp chất sàng đƣợc để xác
định hoạt tính thực sự trên NS4B DENV-2 và tìm
ra khung cấu trúc mới, tối ƣu nhất có khả năng
ức chế protein NS4B của DENV-2 v| điều trị
đƣợc bệnh sốt Dengue.
Lời cảm ơn: Nghiên cứu n|y đƣợc tài trợ bởi
Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia
(NAFOSTED) trong đề tài mã số 106-YS.052015.31 (cho Thái Khắc Minh).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

2.

3.
4.

5.

396

Aguiar M, Stollenwerk N, Halstead SB (2016), "The Impact of
the Newly Licensed Dengue Vaccine in Endemic Countries",
PLOS Neglected Tropical Diseases. 10 (12), pp. e0005179.
Behnam Mira AM, Nitsche Christoph, Boldescu Veaceslav,
Klein Christian D (2016), "The Medicinal Chemistry of Dengue
Virus", Journal of Medicinal Chemistry. 59 (12), pp. 5622-5649.
I-Tasser
(2017),
ngày truy cập 25/04/2017.
Kounde CS, Yeo HQ, Wang QY, Wan KF, Dong H, Karuna R,

Dix I, Wagner T, Zou B, Simon O, Bonamy GM, Yeung BK,
Yokokawa F (2017), "Discovery of 2-oxopiperazine dengue
inhibitors by scaffold morphing of a phenotypic highthroughput screening hit", Bioorganic & Medicinal Chemistry
Letters. 27 (6), pp. 1385-1389.
Li Y, Kim YM, Zou J, Wang QY, Gayen S, Wong Y. L, Lee le T,
Xie X, Huang Q, Lescar J, Shi PY, Kang C (2015), "Secondary
structure and membrane topology of dengue virus NS4B N-

6.

7.

8.

9.

10.

11.
12.

13.

terminal 125 amino acids", Biochimica et Biophysica Acta. 1848
(12), pp. 3150-3157.
Li Y, Wong Y. L, Lee M. Y, Li Q, Wang QY, Lescar J, Shi PY,
Kang C (2016), "Secondary Structure and Membrane Topology
of the Full-Length Dengue Virus NS4B in Micelles", Angewandte
Chemie International Edition. 55 (39), pp. 1521-3773.
Saudi M, Zmurko J, Kaptein S, Rozenski J, Gadakh B, Chaltin

P, Marchand A, Neyts J, Van Aerschot A (2016), "Synthetic
strategy and antiviral evaluation of diamide containing
heterocycles targeting dengue and yellow fever virus",
European Journal of Medicinal Chemistry. 121, pp. 158-168.
Saudi M, Zmurko J, Kaptein S, Rozenski J, Neyts J, Van
Aerschot A (2014), "Synthesis and evaluation of imidazole-4,5and pyrazine-2,3-dicarboxamides targeting dengue and yellow
fever virus", European Journal of Medicinal Chemistry. 87, pp. 529539.
UniProtKB
Q9WDA6
(POLG_DEN2Q),
Uniprot,
ngày truy cập
25/4/2015.
van Cleef KW, Overheul GJ, Thomassen MC, Kaptein SJ,
Davidson AD, Jacobs M, Neyts J, van Kuppeveld F. J, van Rij R.
P. (2013), "Identification of a new dengue virus inhibitor that
targets the viral NS4B protein and restricts genomic RNA
replication", Antiviral Research. 99 (2), pp. 165-171.
World Health Organization (2017), "Dengue vaccine: WHO
position paper, July 2016 ", Vaccine. 35 (9), pp. 1200-1201.
Xie X, Wang Q. Y, Xu H. Y, Qing M, Kramer L, Yuan Z, Shi PY
(2011), "Inhibition of dengue virus by targeting viral NS4B
protein", Journal of Virology. 85 (21), pp. 11183-11195.
Zou B, Chan W. L, Ding M, Leong S. Y, Nilar S, Seah P. G, Liu
W, Karuna R, Blasco F, Yip A, Chao A, Susila A, Dong H,
Wang QY, Xu HY, Chan K, Wan K. F, Gu F, Diagana TT,
Wagner T, Dix I, Shi P, Smith PW (2015), "Lead Optimization of
Spiropyrazolopyridones: A New and Potent Class of Dengue
Virus Inhibitors", ACS Medicinal Chemistry Letters. 6 (3), pp. 344348.

Ngày nhận bài báo:

18/10/2017

Ngày phản biện nhận xét bài báo:

01/11/2017

Ng|y b|i b{o được đăng:

15/03/2018

Chuyên Đề Dƣợc